4.1 基因指导蛋白质的合成课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修二

基因指导蛋白质的合成 1 问题探讨 2 3 问题探讨 恐龙DNA （缺陷） 青蛙DNA 补缺 完整DNA 恐龙 从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？ 一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息。 但是,从DNA到具有各种性状的生物体,需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。因此,在可预见的将来,利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。 基因 蛋白质 4 DNA 基因 细胞核 生产蛋白质的机器是？ 5 DNA 基因 细胞核 生产蛋白质的机器是？ 细胞质中的核糖体 信息如何传达？ 6 细胞核 DNA能不能出细胞核？ 细胞质中的核糖体 推测：有一种中间物质 7 科学家实验：1955年，有人分别用洋葱根尖和变形虫进行实验。如果往洋葱根尖细胞和变形虫中加入RNA酶分解细胞质中的RNA,细胞中的蛋白质合成就会停止。而再加进从酵母菌中提取的RNA，则又能够合成一定数量的蛋白质。 实验结果表明： 蛋白质合成显然跟RNA有关 材料分析 基因 蛋白质的合成 指导 RNA 为什么RNA适于作DNA的信使呢？ 推测 可能存在某种物质作为中介 基因指导蛋白质的合成在空间上存在障碍。 问题一： 问题二： 如何解决呢？ RNA的结构、分类及功能 10 活动一：比较RNA与DNA结构 比较项目 DNA RNA 基本单位 五碳糖 含氮碱基 结构（一般） 主要存在部位 分子大小 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 脱氧核糖 核糖 A T C G A U C G 双链结构 多为单链结构 细胞核 细胞质 较大 较小 种类： mRNA （信使RNA） 任务一：RNA的分类及功能 rRNA tRNA 核糖体RNA(rRNA） 核糖体组成部分 作用 携带遗传信息，蛋白质合成的模板 识别并运载氨基酸 核糖体的组成成分 12 DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？ 13 细胞核 细胞质中的核糖体 转录场所 14 RNA聚合酶 T C G A T C G A T T G C A A C G T A C A C G G T A A T T ⑴解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。 该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用； 15 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 转录方向 T C T T A A T C G G G U C U U C A A A 5’ 3’ C G G G A U 游离的核糖核苷酸 16 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 转录方向 T C T T A A T C G G G U C U U C A A A 5’ 3’ C G G G A （2）在RNA聚合酶的作用下，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。 DNA与RNA的碱基互补配对： A—U； G—C； C—G； T—A。 17 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 转录方向 T C T T A A T C G G G U C U U C A A A 5’ 3’ C G G G A U 18 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 转录方向 T C T T A A T C G G G U C U U C A A A 5’ 3’ C G G G A U 19 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 转录方向 T C T T A A T C G G G T C T T C A A A 5’ 3’ C G G G A T 模板链 （3）新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶的催化形成磷酸二酯键） 20 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A T C T T A A T C G G G T C T T C A A A C G G G A T 21 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A T C T T A A T C G G G T C T T C A A A C G G G A T （4）合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。 22 转录 （mRNA释放，DNA双链恢复） DNA分子 碱基互补配对 主要在细胞核 四种核糖核苷酸 DNA的一条链（供转录的那一条） ATP、RNA聚合酶 A－U、T－A G－C、C－G DNA→mRNA 场所： 原则： 模板： 条件： 遗传信息流动： 时间： 活细胞新陈代谢过程中 mRNA 转 录 一.遗传信息的转录——小结 23 活动二：DNA复制与转录的比较 复制 转录 时间 场所 解旋 模板 原料 酶 能量 碱基配对 产物 细胞核（主） 细胞核（主） 完全解旋 只解有遗传效应的片段 DNA的两条链 只有DNA的一条链 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 ATP ATP 子代DNA mRNA G－C、C－G、T－A、A－U G－C、C－G、T－A、 A － T 有丝分裂前间期和减数第一次分裂间期 生长发育过程 1.DNA分子的解旋发生在 过程中 A.复制 B.转录 C.翻译 D.复制和转录 2.一个DNA分子转录出多少种多少个mRNA( ) A.一种一个 B.一种多个 C.多种多个 D.无数种无数个 D C 随堂练习 3.如果DNA的一条模板链的碱基排列顺序是ACGCTAGCA，那么与它互补的另一条链上的碱基排列顺序是 　，转录成的信使RNA上的碱基排列顺序是 __________________________　　　　　　　　　　　　　　　 4.如下是转录过程：DNA ……ＡＴＧ…… 　　　　　　　　 　 RNA ……ＵＡＣ…… 该图中有 种核苷酸，有 核酸 ，有 种碱基，该过程是在 中进行的。 TGCGATCGT 6 2 5 细胞核 UGCGAUCGU 按照碱基配对原则， 1.写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列， 2.写出b链对应的a链的碱基序列。 DNA双链片段 a链 b链 C G A A C C T C A C G C 信使RNA G C T T G G A G T G C G G C U U G G A G U G C G 合成好的mRNA 核孔 28 29 肽链（蛋白质） 翻译 碱基序列 氨基酸序列 如何 决定？ 1.翻译：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 30 碱基4种：A、U、C、G 组成蛋白质氨基酸：21种 如何决定？ 讨论：至少需要多少个碱基决定一个氨基酸才能够决定21种不同的氨基酸？ 31 A C U G A C U G 氨基酸 A C U G A C U G 氨基酸 A C U G A C U G 氨基酸 1个碱基决定一个氨基酸， 2个碱基决定一个氨基酸， 3个碱基决定一个氨基酸， 4 (A.U.C.G) 4 (A.U.C.G) 4 (A.U.C.G) A A A U A C A G C A C U C C C G U A U U U C U G G A G U G C G G 只能决定4种 只能决定42＝16种 只能决定43＝64种 A U C G 32 1961年，英国的克里克和同事用实验证明： mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称作一个密码子。 A U G G C C U A G mRNA 1967年，科学家将20种氨基酸的密码全部破译， 将其编制成密码子表。 密码子 密码子 密码子 第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基 U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U C A G C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸(起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U C A G 21种氨基酸的密码子表 UUU CGA AAG ？ 34 第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基 U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U C A G C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸(起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U C A G 21种氨基酸的密码子表 密码子总数： 4×4×4=64种 64种密码子决定21种氨基酸，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这种现象称作 密码子的简并。 35 密码子特点： ①专一性 一种密码子只决定一种氨基酸 ②简并性 一种氨基酸可由一种或多种密码子决定，可以减少有害突变 ③通用性 地球上几乎所有生物都共用一套密码子，说明地球上生物有共同起源 36 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ 一.遗传信息的翻译 色 组 甲硫 精 半胱 半胱 脯 谷 丝 如何精准运送过来的？ tRNA 37 问题：氨基酸是怎样运送到核糖体上的呢？ （能和密码子互补配对） tRNA “搬运工” 1、细胞中的tRNA有多少种？ 61种或62种 2、tRNA和氨基酸转运有何对应关系？ 每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。 每种氨基酸可由一种或几种tRNA转运。 氨基酸 反密码子 三叶草结构 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 第1步 mRNA进入细胞质，与核糖体结合。 一.遗传信息的翻译——过程 39 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 第1步 携带甲硫氨酸的tRNA,通过与碱基AUG互补配对，进入位点1 40 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 第2步 携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2 41 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 第3步 位点1 位点2 肽键 C A C 色 甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上 42 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 第4步 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1,一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2,继续肽链的合成 43 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 形成肽键 44 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 核糖体移动读取下一个密码子 45 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 形成肽键 46 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 核糖体移动读取下一个密码子 47 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 形成肽键 C A C 48 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 核糖体移动读取下一个密码子 49 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 形成肽键 50 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 核糖体移动读取下一个密码子 51 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 形成肽键 52 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 核糖体移动读取下一个密码子 53 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 形成肽键 54 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 核糖体移动读取下一个密码子 55 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 形成肽键 56 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 核糖体移动读取下一个密码子 终止密码子 无tRNA与之配对 57 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 蛋白质释放因子 58 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 肽链释放，核糖体从mRNA上解离，成为亚基，翻译结束 59 翻译是一个快速的过程： 一个mRNA可以结合多个核糖体； 同时合成多条肽链 肽链合成后，脱离核糖体与mRNA的复合物，然后被加工成具有特定结构和功能的蛋白质。（核糖体-内质网-高尔基体） 翻译 少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质 意义： 正在合成的肽链 （最终肽链一样） 核糖体 mRNA 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质 由肽链_____→肽链_____的方向进行 短 长 （从左到右） 61 翻译 mRNA分子 碱基互补配对 细胞质的核糖体 mRNA A－U、U－A G－C、C－G mRNA→蛋白质 场所： 原则： 模板： 条件： 遗传信息流动： 蛋白质 转 录 翻 译 21种游离氨基酸、 ATP、酶 tRNA 一.遗传信息的翻译 62 阶段 项目 转录（有解旋） 翻译（无解旋） 定义 场所 模板 遗传信息传递的方向 原料 产物 实质 在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程。 以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程 细胞核 细胞质的核糖体 DNA的一条链 信使RNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质 4种核糖核苷酸 氨基酸 信使RNA 一定氨基酸排列顺序的多肽 是遗传信息的转录 是遗传信息的表达 二.中心法则 遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA 的复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质， 即遗传信息的转录和翻译。 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 1957年，克里克提出中心法则 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 中心法则的完善 逆转录 复制 （RNA病毒中才有） （RNA病毒中才有） 64 1. 某基因中含有1200个碱基，则由它控制合成的一条肽链的最多含有肽键的个数是 ( 　 ) A．198个 B．199个 C．200个 D．201个 B 　基因中碱基数：mRNA中碱基数：蛋白质中氨基酸数 　　　6 　　： 　　3 　　　：　　　 1 练 习 2、已知某转运RNA的一端的三个碱基顺序是GAU，它所转运的氨基酸是亮氨酸，那么决定此氨基酸的密码是由下列哪个转录来的（ ） A、GAT B、GAA C、GUA D、CTA A $$